日军的这次炮击整整打了三个多小时，一口气发射了5000余发炮弹，日军辛苦储备的炮弹刹那间不见了踪影，打死的还包括不少自己人。由于连续射击，那些平时舍不得用的大炮发生了不少事故。有9门重炮的炮架折断，7门发生炸膛事故，酿成了炮毁人亡的惨剧。其他诸如炮身过热、炮管烧坏等故障层出不穷。仅射程最远的加农炮就一连瘫掉了6门之多，内山少将心疼得差点晕厥在地。
追加的一小时炮击停止后，日军步兵再一次鼓起勇气向苏军阵地猛冲过去。出乎预料的是，这次的冲锋极为顺利，除了零星踩响了几个地雷外基本没有遇到什么像样的抵抗，6个步兵联队均顺利占据了预定的目标阵地。原来阵地上的苏军已经撤退到两侧的阵地，将整个浮桥和渡口全部让给了日军。
最先占领苏军桥头堡的第72联队酒井大佐大喜过望，当即指挥手下冲过浮桥占领西岸的苏军阵地。72联队士兵很快便蜂拥冲过了浮桥。自诺门罕战役开始以来，这是日军第二次踏上西岸的土地，而且不是靠迂回而是靠正面冲锋。可惜这也是最后一次了。酒井大佐做梦都没想到，在西岸等待他的是朱可夫早已布下的天罗地网。
河西距河岸不到400米就是一片高台，这片广阔的高台比河岸地带至少要高出40米。乘势冲上西岸高台后的日军立即看到了极其恐怖的一幕。高台上600多辆苏蒙军坦克、装甲车一字排开，刚刚冲上高台的日军士兵还没有来得及看清苏军坦克的模样，就被坦克和装甲车上的机枪像割麦子一样扫倒。
高台下的日军听得上面枪声大作，知道战况激烈，更加拼命地往上冲，但冲上去之后又纷纷变成尸体跌下高台。酒井大佐看到人上去很快变成死尸掉下来就知道形势不妙，这时隆隆的坦克声已经开始由远而近地传来。经验丰富的酒井大佐一听这声音便知道敌人的坦克决不是少数。他当机立断下令停止向高台冲锋，命令敢死队准备肉搏敌军坦克，同时派出传令兵请求东岸的重炮进行炮火支援。
命令刚发出不久，苏军的坦克已经连冲带打地开到跟前了。到底是领导水平高，酒井大佐一眼就看出冲在最前面的那辆坦克有点特别。其它坦克只有一根天线，而这辆却有两根，里边肯定是个当官的。酒井立即下令敢死队集中攻击这辆特别的坦克。
酒井的判断还真准，这辆冲在最前面的坦克正是苏军第11坦克旅旅长雅可夫少将的指挥车。得到命令的日军敢死队象发疯似的或抱着丨炸丨药包或攥着反坦克手雷往目标扑去，指挥车和两侧的护卫车辆一起开火，打死日军肉弹无数。但一名被卷进车底的日本军曹还是拉响了身上的丨炸丨药包，指挥车瞬间变成了一片火海，雅可夫少将和车组人员全部阵亡。他也成为苏联在诺门罕战役中阵亡的最高级别军官。战后，雅可夫少将被授予“苏联英雄”的共荣称号。
英雄带出来的也肯定不会是孬种。虽然指挥官阵亡，但失去指挥的苏军坦克旅却没有显现出任何慌乱，反而因为旅长的阵亡变得更加凶猛、更加同仇敌忾。那些日军肉弹很快被苏军打压成一堆堆肉泥。肉弹防线的崩溃使得联队主力马上暴露下苏军坦克的眼皮之下，束手无策的酒井只能指望内山少将的重炮支援了。
内山少将的重炮确实在最需要的时候轰然打响。但第一轮炮弹绝大部分落在了酒井联队的士兵头上，还有少量落在河东岸准备过桥的日军阵中。按照酒井的希望打向苏军的几发零星炮弹根本无法阻止大队苏军装甲部队的前进。再次受到自己重炮和苏军装甲部队前后夹击的酒井联队很快崩溃。士兵们争先恐后地转身抢过浮桥，酒井大佐本人也被溃兵簇拥着往河东岸退去。踏上西岸仅仅几个小时的酒井大佐挥了挥衣袖，真的没带走一片云彩，却留下了满地的尸体。
河东岸其它日军步兵联队并不知道高台上的情况，还要冲过浮桥向河西进军。两股反向冲击的日军对撞在一起登时乱作一团，大量的士兵被挤下了浮桥。苏军坦先趁势闯入日军步兵之中左冲右突，履带上都沾满了日军士兵的肉末。一支先头部队更是冲上浮桥，向河东岸一路杀将过来。河东日军连忙部暑速射炮进行阻击，谁料侧后又杀出了苏军摩托化步兵。原来上午退出桥头阵地的苏军36摩托化步兵师又乘机杀了个回马枪。机枪和迫击炮一起开火，打的日军是“哭天天不应叫地地不灵”。
关东军费了吃奶的劲才凑足82门火炮，他们不知道苏军光在西岸蒙古高台的重炮就有92门，东岸尚有172门其他各式火炮。在遭到火力攻击后，这些重炮立即往后迁移。苏军设有多个预备阵地，火炮搬运的机械化程度又高，因此很快就转移到了新阵地。在依靠侦察机校正目标后，站稳脚跟的苏军重炮开始了令人恐惧的大反击。猛烈的炮火使得日军各步兵联队纷纷后撤，轻松占领的苏军桥头阵地同样轻而易举地丢掉，阵地上到处都是日军士兵的尸体和残肢断臂。放眼望去一片狼藉，“怎一个‘惨’字了得”。
和双方坦克之间的差距类似，与苏军的火炮相比日军不但在数量上尽落下风，在质量上也差了一大截。以加农炮为例，苏军最大射程可达30公里，日本最大的是18公里，其他中小口径火炮差距更大。苏军新阵地比原先的位置退后了10公里，已经位于大多数日军重炮的射程之外，日军火炮就算踮起脚都够它们不着。
步兵被击退之后，苏军重炮迅疾调转炮口对准了日军的重炮阵地。数以万计的炮弹像下冰雹一样落在日军炮兵头上，刹时间日军重炮阵地变成了一片火海。日军三个小时打出了5000发炮弹，苏军一个下午就回敬了3万多发。面对苏军排山倒海般的打击，日军还击的火力近乎于呻*。日军记载：“苏军的还击远远超出预料，密度之大、持续时间之长是从未见过的，阵地被黑云一般的烟尘覆盖，能见度只有两三米，浓烟遮住了视线，到处是伤员、尸体和损毁的兵器，无一处完好的炮位。”
这场炮战已沦落为苏军一边倒的炮击演习。日军四分之一的重炮和全部牵引、运输车辆被摧毁，连马匹也丧失殆尽。刚刚开打不久腿就被打没了，日军重炮已经丧失了机动能力，只能停在原地被动挨打。一名日军军官后来这样描述自己所处的战场：“各种口径的炮弹带着死神的呼啸落在阵地上，打得士兵抱头乱窜，惊呼躲到哪都没有生路，到处是炮弹，只有在菩萨脚下才能得救。”
好不容易熬到日落，炮战暂时告一段落。随军观察的关东军副参谋长矢野少将和小松原一清点，步兵集团用于冲锋的突击队被打掉了一半，中队长以下军官损失超过了百分之七十。